2025年3月03日, 星期一
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      近日,上海交通大学物理与天文学院天文系韩家信课题组在宇宙大尺度结构的基础理论研究中取得新的里程碑。课题组基于对星系宇宙学基本概念——暗晕——的原始创新,完成了新型暗晕定义下暗晕外围物质分布的理论求解,成功实现了精确描述大尺度结构多重功率谱的新一代暗晕模型。这一成果以“Einasto profile as the halo model solution coupled to the depletion radius”为题发表在天文学国际主流期刊《The Astrophysical Journal》上。该工作为课题组耗竭半径系列论文的第六篇,是课题组精确刻画宇宙结构的“天计划”的重要一环。

 

      暗物质晕(dark matter halo,简称暗晕)是构成宇宙大尺度结构的基本单元。宇宙中的暗物质分布可以被视为由无数大小不一的暗晕堆叠而成,而星系孕育于暗晕的中心。基于此理念发展出的“暗晕模型”(halo model)被广泛用于宇宙结构演化的研究中(如图1所示)。然而,自暗晕概念提出以来,如何定义其边界始终是一个模糊的问题。经典的暗晕定义将暗晕近似为一个稳定的平衡态结构,而真实的暗晕则是“生长”于宇宙网格中的动态结构,其外围包裹着广泛的非平衡区域,同经典暗晕的概念形成了基本矛盾,极大限制了经典暗晕模型的完备性和精确性。

      在前期工作中,课题组提出了“耗竭半径”的原创概念(参见前期科普新闻[1,2]),将暗晕同其生长环境联合考量,指出暗晕增长会导致环境耗竭,而两者的分界——耗竭半径——则提供了一个更加广泛和基本的暗晕边界。基于这一半径构建的新一代暗晕模型,有望从根本上弥补经典模型的缺陷。

图1 暗晕模型示意。将宇宙中的暗晕族群(左)与每个暗晕周围的物质分布(中)嵌套在一起就可实现对宇宙中暗物质分布的还原(右)。这个“堆砌”模型的成功建立在我们对暗晕的边界以及暗晕之间的交互足够准确的认识之上(图片来源[3,4])。

 

图2 耗竭半径的基本概念示意[5]。暗晕的吸积增长造成了周围物质密度从黑色实线向红色虚线演化。增长与耗竭区域之间的分界(点线)即为耗竭半径。

 

      为实现这一新一代暗晕模型,有两个关键问题需要解决:一是新型暗晕周边的物质如何分布(即新暗晕的密度轮廓);二是暗晕在相互接近时如何相互作用。在团队的上一篇工作中[6],基于数值模拟中的新型暗晕样本,获得了对上述问题的初步回答,即暗晕在相互靠近时服从自相似分布,而其密度轮廓区别于经典的NFW密度轮廓,更接近Einasto密度轮廓。在本篇工作中,作者则利用暗晕模型的基本假设,从数学上证明了暗晕模型中耗竭半径同Einasto密度轮廓成协,从而严格回答了构建新一代暗晕模型的关键问题。

      在此基础上,该工作进一步搭建出傅里叶空间的大尺度结构暗晕模型,实现了对宇宙学中关键理论统计量——物质功率谱的精确预言。值得一提的是,预言物质功率谱也是传统暗晕模型(如HaloFit,HMCode)的核心功能。然而传统模型为实现精确预言,不得不引入若干现象学的模型组分和参数,这些组分和参数并没有清晰的物理意义也无法直接测量,只能间接“校准”。相比之下,本工作中实现的耗竭暗晕模型则完全基于物理的暗晕族群,所有模型组分物理可测。这也导致新模型不仅能精确预言物质功率谱,也可以同时精确提供基本上所有暗晕统计属性,包括暗晕质量函数、暗晕-物质互功率谱等——这些结果是经典模型所无法实现的。此外,新一代暗晕模型在暗晕边界尺度的精度也天然超越传统模型。

 

图3 基于耗竭半径的暗晕模型对大尺度结构两点统计的理论预测。左图和右图分别展示了对暗晕-物质功率谱和物质-物质功率谱的预测表现。这些结果体现了新模型对物质场还原的高精度以及对不同统计适用的灵活性。

      该工作当前聚焦于当前宇宙的结果,团队正在将该模型进一步拓展到不同的红移和宇宙学。

 

      论文第一作者是上海交通大学天文系博士生周义丰,受到国家高层次人才培养中心“李政道博士生”计划支持。天文系副教授韩家信为通讯作者。该工作获得国家重点研发计划,111项目,中国载人航天工程科研基金和阳阳发展基金的支持。

 

论文链接:   https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad9de8

      2024年12月24日晚,上海交通大学第十四届“凯原”十佳教师评选在学生中心大楼A100举行。经过现场公开课展示及学生代表投票,物理与天文学院刘成则老师入选第十四届凯原十佳教师

 

 

教师风采展示

 

 

      刘成则,中共党员,副研究员,物理与天文学院天文系党支部书记,交大光启天文台台长,院兼职思政教师,毕业于中国科学院上海天文台,2011年加入上海交通大学。他在超致密矮星系研究领域取得了一系列开创性成果,2023年作为通讯作者在Nature发表重要研究进展,此外还在ApJ,MNRAS等期刊发表SCI论文70余篇。

 

 

教育教学,诲人不倦

 

      刘成则老师满怀对天文学科的热爱,在教学中因材施教,深入探索天文课程思政,连续五年带学生开展“寻找璀璨星空”系列暑期社会实践活动,并获评上海交通大学社会实践特等奖,受上海教育电视台、文汇报等广泛报道。 

 

 

      与此同时,刘成则还潜心致力于科普宣传工作,负责交大光启天文台的管理和运行,组建志愿者团队。自2021年至今,组织各类线下科普活动150余场服务公众及师生近万人。组织天象直播活动3次,累计吸引70余万人线上观看。

 

 

传道授业,亦师亦友

 

      2020年,刘成则首次带学生开展“寻找璀璨星空”社会实践活动。当时,疫情和天气使得观测窗口很短,实践工作非常辛苦,学生们受到了疲劳、蚊虫叮咬、重复单调操作仪器等诸多考验。然而,所有的付出没有白费,实践成果被新华社、青年报等多家主流媒体报道,引起了广泛的社会关注,并于2022年推动了国内首次将光污染纳入地方性环境保护法规。同学们表示,他们以为社会实践就是组团出去旅游,没想到最后真的推动了一点点的社会进步,这大大增强了他们的社会责任感。

 

 

      2023年和2024年,刘成则带学生前往青海省冷湖天文观测基地开展暑期实践活动。冷湖镇地处无人区,条件艰苦,实践中需克服疲劳、寒冷、高原反应等不利因素。深夜实践结束后回宾馆的车程往往要一两个小时。此时,每台车上配备的对讲机(无人区没有手机信号)成了大家沟通的纽带。老师和同学相互鼓励,通过讲笑话、唱歌提神,一路欢声笑语。在这样的经历中,大家关系愈发亲近,在艰苦的环境下共同书写温暖与成长的故事。

 

 

      刘成则负责《天文观测实践》课程,该课程的部分内容需要在晴朗的夜晚进行室外观测。疫情期间课程改为线上教学,线下的观测实践活动无法开展。刘成则通过布置一些有趣的小课题,比如使用网上的数据自己画星座,提高学生的兴趣。此外,他还想方设法给学生送去了小望远镜,使其可以在宿舍进行简单的观测活动。根据学生的反馈,线上课程使他们学到了更多的图像和数据操作技能,这真是“塞翁失马,焉知非福”。

 

 

再次祝贺刘成则老师获评我校第十四届“凯原”十佳教师!

“50届、50人”体育达人评选结果出炉

25位教工获评“体育达人”!

祝贺沈俊太教授

入选“引领示范类”达人

并作为体育达人代表担任

第50届校运会闭幕式护旗手

并由游泳世界冠军潘展乐亲自授奖!

👍👍👍

 

 

 

 

“体育达人”

风采展示

 

沈俊太  教授

运动格言:汗水酝育创意 足球点燃灵感

 

      沈俊太教授作为国家杰出青年基金获得者,上海交通大学特聘教授,不仅在学术领域成就斐然,于体育方面更是校园典范,堪称上海交通大学体育精神的杰出践行者。

 

 

      足球既是世界第一运动,又有广泛的群众基础。沈俊太教授是交大物理足球运动的核心推动者,他利用业余时间,每周一率领队员们在忙完了一天繁重的科研与教学工作后,全身心地投入到足球训练中,挥洒汗水,放空身心,锻炼身体,提高球技与配合,无论风雨,从未间断。在他的不懈努力与积极带动下,众多师生投身足球运动,形成了良好的体育锻炼氛围,通过足球,增加了学院的凝聚力,教师们锻炼身体增进感情的同时加大交叉合作的力度,取得丰富的科研成果,让足球成为凝聚团队力量、展现拼搏精神的重要载体。

 

 

      赛场上,沈教授更是光芒四射。他率领物理足球队斩获多项荣誉,如交大教工足球比赛全校冠军(2023),交大教工足球超级杯冠军(2024)、劳动杯冠军(2023,2024)、国庆杯冠军(2024)。
      同时,沈教授还作为交大教工足球校队队长,为学校赢得上海市教工系统总决赛亚军、西南赛区冠军(2021),上海市第九届教工运动会足球比赛季军(2022)等多项市级荣誉。他以精湛的球技、卓越的战术素养和坚韧不拔的毅力,为每一场比赛全力以赴,成为球队的灵魂人物,激励着身边的队友勇往直前,也为全校师生展现了体育竞技的魅力与激情。
      沈俊太教授用实际行动诠释了体育的多元价值。他让足球运动在校园中生根发芽,促进了师生间的交流与协作,培养了大家的团队精神与竞争意识。他对体育的热爱与执着,如同一盏明灯,照亮了校园体育之路,感染着每一位交大学子积极参与体育运动,为校园体育文化的繁荣发展作出了不可磨灭的贡献。

天体物理大讲堂

 

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      就在12月8日!     

  让我们      

       以好奇之眼仰望星空       

以探索之心遨游宇宙

 

讲座内容

 

亲爱的宇宙探索者们,

 

你是否曾在夜深人静之时,凝视那浩瀚的星空,心中涌动着对宇宙奥秘的无尽好奇?

 

你是否梦想过亲手揭开那隐藏在星辰背后的神秘面纱,探寻宇宙的起源与终结?

 

你是否渴望了解最新的天文发现,一窥宇宙生命周期中最完整的三维地图?

 

在本期天体物理大讲堂,我们有幸邀请到了瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的著名天体物理学家Jean-Paul Kneib教授。他将带领我们开启一段奇妙的宇宙之旅,揭开宇宙最深处的秘密,探索那些令人激动的未知领域。

 

主讲人介绍

Jean-Paul Kneib,瑞士洛桑联邦理工学院天体物理实验室和EPFL太空中心 (eSpace) 主任,领导了ERC高级项目“黑暗中的光” (Light on the Dark),参与了多个重要的科学项目,如哈勃太空望远镜、XMM-Newton、詹姆斯·韦伯太空望远镜等。他在学术界享有很高的声誉,致力于在天体物理学、宇宙学和基础物理学的交汇点上推动前沿科学的发展。

 

讲座信息

 时间:

12月8日(周日)

18:30-20:00 

 地点:

理科楼群5号楼(李政道图书馆西侧)三楼300号大报告厅

 

参与讲座互动的朋友,将有机会获得光启天文台的精美文创

讲座结束后,将视天气情况组织光启天文台的观星活动

 

报名方式

本次活动采用预约报名制,截止时间 12月7日(本周六)12:00,先到先得喔!